[发明专利]核动力系统一回路稳压器内不凝结气体浓度场的计算方法

说明书

本发明公开了一种核动力系统一回路稳压器内不凝结气体浓度场的计算方法，1、采用一维系统分析程序对不包括稳压器部分的核动力系统一回路进行建模，并设定初始不凝结气体浓度；2、对稳压器进行建模并进行网格划分，导入FLUENT进行参数设置，实施初始化计算，获得稳定的气相液相分布；3、对一维系统分析程序与FLUENT进行耦合，以一维系统程序进行第一个时间步长的计算，提供喷淋管嘴边界条件给FLUENT；4、FLUENT接收来自系统程序的边界条件，进行稳压器内的三维工况计算，并将波动管与喷淋管的边界条件传递给系统程序；5、重复步骤3、步骤4，完成全时段的计算，获得所需运行工况下稳压器内不凝结气体浓度场。

技术领域

本发明属于核反应堆热工水力计算技术领域，具体涉及到一种核动力系统一回路稳压器内不凝结气体浓度场的计算方法。

背景技术

在核动力系统一回路中存在着非放射性与放射性不凝结气体，不凝结气体溶解积累于一回路冷却剂中，会影响反应堆运行与安全、结构材料寿命、换料时间和检修。核动力系统的稳压器的波动管与喷淋装置分别与一回路的热腿与冷腿相连，在核动力系统运行过程中，不凝结气体会通过波动管与喷淋装置迁移至稳压器，积聚在稳压器空间中。当系统超压排放时，含有不凝结气体的蒸汽会经稳压器安全阀排出，与泄压箱中过冷水发生直接接触冷凝现象。一方面，不凝结气体的含量会影响到卸压箱中直接接触冷凝的机制，削弱冷凝传热系数，对冷凝效率产生不利影响；另一方面，这些气体在稳压器中积聚量过大，可能会影响稳压器的安全运行；此外，一些放射性气体还有可能泄漏到厂房里，使空气受到放射性污染。不凝结气体在稳压器中存在于蒸汽空间与液相空间。不凝结气体在稳压器中的迁移扩散过程是以气体的溶解和迁移理论为基础，即亨利定律——在恒温和平衡状态下，溶液中的某种气体在气相中的分压与液相中该组分气体的浓度成正比，当溶液体系的温度和压力改变，溶解性气体在液相和气相空间中输运，直到达到新的平衡状态。在稳压器运行时，喷淋液滴与蒸汽空间、蒸汽空间与液相空间存在传热传质，不凝结气体会在喷淋液滴、蒸汽空间与液相空间中迁移，可根据亨利定律开发计算模型获得气体浓度。

为了了解核动力系统一回路内不凝结气体的成分、含量及其变化，需要开发一套核动力系统一回路内不凝结气体迁移扩散的计算方法。稳压器作为不凝结气体的积聚场所，且作为系统的热力除气器，适合作为切入点和主要关注对象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种核动力系统一回路稳压器内不凝结气体浓度场的计算方法，该方法结合一维系统程序对系统回路快速计算的特点与计算流体力学软件三维高保真计算的特点，对核动力系统运行时稳压器内的不凝结气体浓度场进行高精度的计算。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种核动力系统一回路稳压器内不凝结气体浓度场的计算方法，将稳压器作为重点关注对象，采用一维-三维跨尺度耦合对核动力系统一回路不凝结气体扩散进行计算分析，得到稳压器内的不凝结气体浓度场，包括如下步骤：

步骤1：采用具备不凝结气体模型的一维核动力系统分析程序对核动力系统一回路进行建模得到核动力系统一回路模型，该核动力系统一回路模型包括压力容器、冷腿、热腿、蒸汽发生器、稳压器波动管和稳压器喷淋管线，不包括稳压器筒体部分，并设定初始不凝结气体浓度；

步骤2：采用三维建模软件DesignModeler对稳压器进行建模并进行网格划分，导入计算流体力学软件FLUENT进行计算模型设置，实施初始化计算，获得稳定的气相液相分布，具体步骤如下：

步骤2-1：采用三维建模软件DesignModeler对稳压器进行建模得到稳压器三维模型，稳压器模型包括筒体、电加热区域、波动管嘴、喷淋管嘴和卸压管嘴，并进行流体域的抽取，获得稳压器流体域几何模型；

步骤2-2：采用ICEM CFD软件对稳压器流体域几何模型进行网格划分，并分别对筒体壁面、波动管嘴、喷淋管嘴和卸压管嘴的边界命名，然后生成msh格式网格文件；